Als Harnstatus bezeichnet man die routinemässige Untersuchung der Harnzusammensetzung mit qulitativen Nachweismethoden und, falls nötig, mit ergänzenden quantitativen Bestimmungen.
Normale Eigenschaften des Harns
Die chemische Zusammensetzung des Harns ist in Abhängigkeit von der Menge und Art der Nahrung weiten Schankungen unterworfen. Die Ausscheidung mancher Stoffe unterliegt ferner einem Tag- und
Nachtrhythmus, sodass die Bestimmung der Tagesausscheidung am 24h-Sammelharn ausgeführt werden muss.
Farbe: Hellgelb bis dunkelgelb je nach Harnkonzentration.
Pathologisch:
- rötlich (Hämoglobin)
- braunrot (Urobilinogen, Porphyrine)
- braungelb – grünlich (Biliverdin, Bilirubin)
Harnverfärbungen treten oft in Zusammenhang mit Leber- und Gallenwegserkrankungen auf, können aber auch durch Medikamente oder bestimmte Nahrungsmittel hervorgerufen werden.
Aspekt:
Frischer Harn sollte klar sein, Trübungen können entstehen durch
- Fällung schwerlöslicher Salze (CaPO4 oder CaCO3)
- Zellen oder Bakterien (pathologisch!)
Proteine fallen in frischem Harn nie aus (Harnsäure!). Im älterem Harn können eventuell denaturierte, unlöslich gewordene Proteine eine
Trübung bzw. Fällung ergeben. Volumen und spezifisches Gewicht:
Bei einer Gesamtwasseraufnahme von 2 Litern (1 Liter Getränke + 1 Liter in Form wasser-haltiger fester Nahrung) werden 1-1.5 Liter über die Nieren ausgeschieden. 1 Liter Harn wiegt je nach
Konzentration 1002-1036 g. Volumen und spezifisches Gewicht müssen in umgekehrtem Sinne ändern, d.h. ein tiefes spezifisches Gewicht deutet auf ein grosses Harnvolumen hin und umgekehrt.
Deshalb ist ein spezifisches Gewicht von 1026 bei einem Tagesvolumen von 2.5 Litern nicht normal und spricht für eine Ausscheidung von Stoffen, die normalerweise nicht im Harn vorhanden sind
(osmotische Diurese!).
Messung erfolgt mit dem Aerometer. Harnreaktion (pH-Wert):
Normaler Harn reagiert meistens leicht sauer (physiologische Spannbreite pH 4.5 – 8). Auch bei einer metabolischen Azidose wird der pH-Wert nicht unter 4.5 fallen, da die vermehrt ausgeschiedenen
Protonen durch NH3 und Phosphat abgepuffert werden.
Harnsediment:
Harnsedimente erhält man durch Zentrifugation von frischem Harn. Ein normales Sediment enthält 0-3 Leukozyten und 0 Erythrozyten pro Gesichtsfeld, einige Epithelzellen, häufig Salzkristalle
bzw. Harnsäurekristalle und Urate (durch Porphyrine und Urochrome rötlich gefärbtes Sediment).
Die Harnsedimente sollten dagegen keine Bakterien (Harnwegsentzündungen!) oder zu viele Zellen enthalten.
Harnzusammensetzung:
- Wasser 95-99%, feste Stoffe 1-5%
- Organische Stoffe: - Harnstoff (20-40 g) – Aminosäurestoffwechsel
- Harnsäure (1 g) – Purinstoffwechsel
- Kreatinin (1-2 g) – Muskelstoffwechsel
- Kreatin (Spuren)
- Aminosäuren (Spuren)
- Proteine (Spuren)
- Glucose (Spuren)
- Galaktose (nicht nachweisbar)
- Laktose (Ende Schwangerschaft und während Stillzeit)
- Hämvorstufen und –abbauprodukte
Anorganische Stoffe: Elektrolyte (Cl-, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, NH3
Pathologische Harnbestandteile
Nitrit:
Die häufigsten Erreger von Harnwegsinfekten, darunter E.coli, reduzieren das im Harn vorhandene Nitrat (NO3-) zu Nitrit (NO2-). Ein positiver Nitrit-Test ist deshalb ein Indiz für einen
Harnwegsinfekt. Eiweiss:
Die Proteinurie ist bei Nierenerkrankungen ein häufiges, aber auch unspezifisches Symptom. Wenn die tubulären Reabsorptionsmechanismen geschädigt sind, treten vor allem kleine Proteine
im Urin auf. Anderseits kann auch die Reabsorptionskapazität der Tubuli überfordert werden, wenn z.B. nach Muskeltraumen grossen Mengen von Myoglobin im Plasma auftreten. Bei Schädigung
der Glomeruli können eine oder mehrere der verschiedenen glomerulären Filtrationsbarrieren geschädigt sein.
Gutartige, erhöhte Proteinurien bei Nierengesunden, die bevorzugt im Alter bis zu 30 Jahren beobachtet werden, machen bis zu 90% der Proteinurien dieser Altersgruppe aus (z.B. bei körperlicher
Belastung, emotionalem Stress, Unterkühlung, Erhitzung oder Schwangerschaft).
Eiweiss kann im Harn auf verschiedene Weisen nachgewiesen werden: Hitzefällung, Säurefällung, Farbkomplexbildung (Biuret Reagenz) oder Coomassie-Blau (Bradford). Glucose
und andere Zucker:
Die Grenzkonzentration im Blutplasma, oberhalb der die Rückresorptionskapazität überschritten wird liegt zwischen 10 und 12 mmol Glucose pro Liter. In seltenen Fällen kann auch
eine Glucosurie in Folge eines genetischen Defekts eines der Na+/Glucose-Cotransporter auftreten.
Am Ende der Schwangerschaft und während der Stillzeit kann Laktose im Harn ausgeschieden werden.
Tritt Galaktose oder Fruktose im Blut auf, so werden diese beiden Zucker in der Niere filtriert, aber nur teilweise wieder reabsorbiert. Aminosäuren:
Freie Aminsäuren kommen in allen Körperflüssigkeiten vor. Sie werden auch im Harn in kleinen Mengen ausgeschieden. Nur bei schweren Leber- oder Stoffwechselerkrankungen erscheinen
einzelne Aminosäuren in grösseren Mengen im Harn.
Die Nachweisreaktionen können in zwei Gruppen eingeteilt werden:
- Allgemeine Tests (Ninhydrin-Test)
- Spezifische Tests für einzelne Aminosäuren
Ketonkörper:
Ketonkörper (Aceton, Acetoacetat und b-Hydroxybutyrat) treten im Harn bei längerem Hungern und bei Diabetes mellitus auf. Bilirubin:
Bilirubin als Hämoglobin-Abbauprodukt wird normalerweise mit der Galle als Diglucuronid ausgeschieden. Da nicht nur das unkonjugierte sondern auch das konjugierte Bilirubin leicht ans Albumin
gebunden ist, wird Bilirubin in der Niere nicht ausgeschieden. Nur wenn krankheitsbedingt sehr viel Bilirubindiglucuronid gleichzeitig mit Gallensäuren in die Blutkapillaren gelangt, wird Bilirubindiglucuronid
durch Gallensäuren vom Albumin verdrängt und im Harn ausgeschieden. Ein positiver Bilirubinnachweis im Harn ist deshalb immer Zeichen einer Lebererkrankung. Urobilinogen:
Das mit der Galle in den Darm gelangende Bilirubin wird durch Bakterien zu Urobilinogen und Stercobilinogen reduziert. Der grösste Teil dieser Gallenfarbstoffe gelangt in die Faeces, ein geringer
Teil wird resorbiert und gelangt auf dem Pfortaderweg zurück zur Leber, die – solange die Leberzellen gesund und funktionstüchtig sind – den grössten Teil des resorbierten
Urobilinogens bzw. Stercobilinogens zerstört oder von neuem in die Galle ausscheidet. Der kleine Rest des Uro- und Stercobilinogens, der von der Leber durchgelassen wird, gelangt zur Niere und
wird mit dem Harn ausgeschieden.
Urobilinogen wird vermehrt im Urin ausgeschieden, wenn die Funktionskapazität der Leber eingeschränkt (z.B. Leberzirrose) oder überlastet ist (z.B. bei hämolytischer Anämie)
oder wenn der Pfortaderkreislauf der Leber umgangen wird. Bei kompletter Obstruktion der Gallengänge gelangt jedoch kein Bilirubin mehr in den Darm, Urobilinogen kann nicht mehr gebildet werden
und somit wird kein Urobilinogen im Harn mehr ausgeschieden. Experimente
Nachweis von reduzierenden Zuckern mit Benediktreagens
Achtung: Disaccharide vom Trehalosetyp (z.B. Saccharose) reagieren nicht mit dem Benediktreagens, da sie ihre reduzierenden Eigenschaften eingebüst haben.
Nachweis von Proteinen durch Kochprobe und Nachweis von CaPO4 oder CaCO3
Prinzip der Messung:
Durch Kochen von Harn werden Proteine denaturiert. Wenn Proteine vorhanden sind, so sollte eine Trübung auftreten. Diese Probe ist zu wenig empfindlich, um bei normalem Eiweissgehalt des Harns
eine positive Reaktion zu ergeben. Säuert man den Harn nach dem Kochen an, so lösen sich allfällige CaPO4- oder CaCO3-Kristalle auf. Trockenchemie
Mit Hilfe von Versuchsstreifen lassen sich heute auf einfache Weise nicht nur qualitative sondern auch quantitative Analysen durchführen. Die entsprechenden Reagenzien befinden sich in trockener
Form auf dem Versuchsstreifen (Reaktionszone!).
Speziell beim Harnstatus kommen diese Versuchsstreifen regelmässig zur Anwendung.
- Versuch 1: Harnstatus mit Hilfe eines Versuchsstreifens
- Versuch 2: Quantitativer Nachweis von Glucose und von ALAT (GPT) im Blut
(Reflektometrie!)
Harnsäure-Messung im Urin
Theoretische Grundlagen
Metablolismus
Beim Abbau von DNA und RNA entstehen Purine und Pyrimidine. Letztere können wieder-verwertet oder über Acetat in den Krebszyklus eingeschleust werden. In geringem Masse kann somit der Körper über
die Oxidation im Krebszyklus Energie aus dem Abbau der Pyrimidine gewinnen. Purine können nicht gleichermassen metabolisiert werden. Sie werden hydroxyliert und als Harnsäure mit dem Urin
ausgeschieden.
Purine sind in Form von DNA in jeder Zelle (ausser Erythrozyten!) enthalten und werden somit beim Zelltod freigesetzt. Zudem nehmen wir täglich mit der Nahrung weitere Purine auf (z.B. durch
Fleischkonsum, Fisch, Tee, Café etc.!). Eine dritte Purinquelle ist die endogene Purinsynthese.
Bei normaler Ernährung wird der Grossteil der täglich anfallenden Purine recycliert und bei der Neusynthese von Nucleotiden verwendet. Die Harnsäurekonzentration im Serum ist somit
abhängig von der Produktions- bzw. Eliminationsrate. In den Nieren wird Harnsäure filtriert, reabsorbiert sowie sekretiert. Das Verhältnis Sekretion – Reabsorption bestimmt folglich
den Wirkungsgrad der Exkretion. Löslichkeit der Harnsäure
Uricase baut bei vielen Säugern (nicht jedoch beim Menschen) Harnsäure zum viel besser löslichen Allantoin um. Ab einem Sättigungswert von 400 mmol/L kommt es zu Harnsäure-Niederschlag.
Eine Hyperuricämie kann zu Gicht führen, was sich durch Ablagerungen von Harnsäure-Kristallen in Gelenken, Nieren und anderen Geweben manifestiert. Praktisches Experiment
Prinzip der Messung:
Enzymatische Dosierung nach der PAP-Methode (Peroxydase / Para-Amino-Phenazon).
Harnsäure wird unter Verbrauch von O2 und 2 H2O durch die Uricase in Allantoin, H2O2 und CO2 überführt.
Harnsäure + O2 + 2 H2O ® Allantoin + H2O2 + CO2 (Uricase)
Die gebildete Menge an H2O2 ist proportional der Substratkonzentration. Die Reduktion von H2O2 zu 2 H2O mit Hilfe der Peroxidase ist an die Oxidation einer farblosen Mischung gebunden, die dadurch
ins Rote fällt. Die photometrisch gemessene Farbstoffkonzentration ist proportional der Harnsäurekonzentration im Serum.
Bemerkungen:
- Normalwerte Serum:
Frau 90 – 360 mmol/L
Mann 150 – 480 mmol/L
Die Werte variieren mit dem Alter; nähern sich bei der
Frau nach der Menopause den Werten beim Mann.
- Normalwerte Urin:
1,8 – 3,6 mmol/L/Tag (bei Purin-armer Ernährung)
Bei Purin-reicher Ernährung oder bei Erkrankungen mit grossem Zellsterben (Leukämie, Rheumatismus) kann die Harnsäure-Ausscheidung stark ansteigen.
Klinik:
Bei bis zu 20% der erwachsenen Bevölkerung findet man eine Hyperuricämie. Davon zeigen jedoch nur 5% ebenfalls die Symptome einer Gicht. Das heisst Hyperuricämie führt nur bedingt
auch zu Gicht.
Wir unterscheiden zwei Arten von Hyperuricämie:
- Eine primäre Hyperuricämie, infolge vererbter Purinstoffwechsel-Störungen (Biosynthese bzw. Elimination).
- Eine sekundäre Hyperuricämie durch erhöhte Purinproduktion
(Leukämie, Tumor), verminderte Harnsäure-Ausscheidung (Niereninsuffizienz, Intoxikation oder Medikamente) oder übermässige
Aufnahme von Purinen mit der Nahrung.
Messung der α-Amylase im Serum und im Urin
Theoretische Grundlagen Reservepolysaccharide
Im Pflanzenreich ist Stärke, im Tierreich Glykogen das wichigste Reservepolysaccharid. Beide bestehen aus langen, verzweigten Glucose-Ketten. Stärke existiert in Form von Amylose (wasserlöslich,
wenig verzweigt) oder in Form von Amylopektin (schlecht löslich, verzweigt).
Glykogen kommt beim Menschen vor allem in der Leber und in der Muskulatur vor. Seine Konzentration hängt direkt von der Energiesituation im Körper ab. α-Amylase
α-Amylase hydrolysiert a1,4-Bindungen, wobei Maltose, Maltotriose oder längere Oligo-saccharide freigesetzt werden. Die α-Amylase ist eine Endo-Glykosidase, da sie Glycogen nicht nur an den
Endstücken wie die Exo-Glykosidase angreifen und schneiden kann, sondern auch zwischendrin. Sie wird vorwiegend in den exokrinen Drüsen des Pankreas und in den Speicheldrüsen synthetisiert.
Amylase wird auch von der Leber, dem Dünndarm, den Nieren und diversen Carcinomen hergestellt.
Die geringe Konzentration an α-Amylase, die man im Blut findet, rührt zu 40% vom Pancreas her. Ihr Vorhandensein ist an eine irrtümliche basolaterale Sekretion der Pankreasdrüsen-Zellen
geknüpft. Wir unterscheiden zwei Isoenzyme: die pankreatische und die exo-pankreatische α-Amylase (Hemmung durch monoklonale Antikörper!)
α-Amylase wird in den Nieren filtriert (kleines Molekulargewicht!), zum Teil aber wieder reabsorbiert. Praktisches Experiment
Prinzip der Messung:
Als Substrat werden synthetische Oligosaccharide verwendet, die zuvor mit Paranitrophenol markiert wurden. Um das Substrat vor a-Glucosidase zu schützen, wird der terminale Zucker an den Hydroxylgruppen
C4 und C6 substituiert. Hat die α-Amylase das Substrat ein erstes Mal geschnitten, kann anschliessend die im Ueberschuss vorhandene a-Glucosidase das Substrat
weiter abbauen und dabei das Paranitrophenol freisetzen, welches photometrisch gemessen werden kann.
Die Geschwindigkeit, mit welcher das Paranitrophenol freigesetzt wird, ist direkt proportional der α-Amylase-Konzentration, da sowohl das Substrat als auch
die a-Glucosidase im Ueberschuss vorhanden sind. Ausführung:
Messlimiten:
Die Stabilität des Substrats wie der Enzyme ist limitiert. Die Messung ist nur zwischen 5 und 2000 U/l linear. Referenzwerte:
Die Referenzwerte hängen vom verwendeten Substrat, der Art der Maskierung des terminalen Zuckers und der Reaktionstemperatur ab. Deshalb gibt es keine absoluten Standartwerte.
- Serumwerte:
bis 50 U/l
- Urinwerte: bis 290 U/l
Klinik:
Die Messung der α-Amylase-Konzentration im Serum wie im Urin dient dem Nachweis einer Pankreas-Störung. Eine Pankreatitis ist eine akute Entzündung
des Pankreas verursacht durch Alkohol-Abusus oder Gallenwegsobstruktion.
Bei einer akuten Pankreatitis (Zellmembran-Läsion) ist die Epithelbarriere der Drüsenzellen vermindert. Die tight junctions werden permeabel. Dabei gelangt α-Amylase
ins Blut und wird vermehrt mit dem Urin ausgeschieden. Jedoch nur 75% der Patienten mit einer akuten Pankreatitis zeigen eine erhöhte α-Amylase-Konzentration
im Blut. Dagegen ist die Urin-Ausscheidung (fast) immer erhöht,
da bei einer Pankreatitis die tubuläre Reabsorption gehemmt wird und somit mehr α-Amylase ausgeschieden wird (erhöhte α-Amylase-Clearance!).
Eine postakute Abnahme der α-Amylase-Konzentration im Blut kann auf eine Pankreas-Nekrose oder eine geheilte Pankreatitis hindeuten.
Bei einer Entzündung der Speicheldrüsen (z.B. Mumps) ist die α-Amylase-Konzentration im Blut ebenfalls erhöht. Zur Differentialdiagnose kann
entweder die pankreatische oder die exo-pankreatische
α-Amylase gehemmt werden. Zudem finden sich bei einer Pankreatitis auch noch andere Pankreas-Enzyme in erhöhter Konzentration im Blut. |
